JP5050415B2 - Secondary battery charge / discharge circuit and battery pack - Google Patents
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Description
この発明は、例えばリチウムイオン電池などの2次電池に対して充電を行ったり放電を行わせたりする2次電池の充放電回路、並びに、2次電池をパッケージングしてなる電池パックに関する。 The present invention relates to a charge / discharge circuit for a secondary battery that charges or discharges a secondary battery such as a lithium ion battery, and a battery pack formed by packaging the secondary battery.
例えば、携帯電話機や一部のデジタルカメラなど、装置に2次電池を装着したまま充電を行えるようにしたシステムでは、図19に示すように、充放電回路5に双方向性レギュレータ回路120を備え、この双方向性レギュレータ回路120により充電時や放電時の電流や電圧を調整するのが一般的である。また、双方向性レギュレータ回路120の充電動作と放電動作との切り替えは、電源装置2や電力供給先のセット機器3と接続する端子の切替状態に基づいて行うのが一般であった。すなわち、端子接続切替回路110の切替状態に基づき、電源装置2が接続されている場合には双方向性レギュレータ回路120に充電動作を行わせ、電源装置2が接続されていない場合には双方向性レギュレータ回路120に放電動作を行わせるようにしていた。
For example, in a system such as a mobile phone or some digital cameras that can be charged with a secondary battery attached to the device, the charging /
また、本願発明に関連するものとして次のような技術の開示があった。例えば、特許文献1には、主電源と補助電源(2次電池)とから電力供給を行う電源装置において、双方向コンバータを用いて主電源の電力が余っているときに補助電源に充電を行い、主電源の電力が不足するシステムの始動時に補助電源から放電を行わせる技術が開示されている。 In addition, the following technology has been disclosed as related to the present invention. For example, in Patent Document 1, in a power supply device that supplies power from a main power supply and an auxiliary power supply (secondary battery), the auxiliary power supply is charged using a bidirectional converter when the power of the main power supply is surplus. A technique is disclosed in which discharge from an auxiliary power source is performed at the start of a system in which the power of the main power source is insufficient.
また、特許文献2には、太陽電池とバッテリーと負荷とを接続した太陽光発電設備において、バッテリーの前段に双方向コンバータを接続して、放電指令と充電指令とに基づいて双方向コンバータに充電動作と放電動作とを行わせる技術が開示されている。
また、特許文献3には、充電時には降圧型チョッパ回路としてバッテリの充電を行い、放電時には昇圧型チョッパ回路としてバッテリの放電を行う双方向性コンバータが開示されている。
上述のように、2次電池に双方向性レギュレータを接続して、充電と2次電池からの放電とを切り替えて行うようにした充放電回路は以前からある。しかしながら、従来の充放電回路では、電源接続の有無といった一律の条件で切り替えを行っていたり、充電動作と放電動作との切り替えを行うのに外部からの指令が必要であった。 As described above, there has been a charge / discharge circuit in which a bidirectional regulator is connected to a secondary battery so as to switch between charging and discharging from the secondary battery. However, in the conventional charge / discharge circuit, switching is performed under uniform conditions such as the presence / absence of power supply connection, and an external command is required to switch between the charging operation and the discharging operation.
本発明者らは、外部からの指令によらず、様々な状況に応じて充放電回路が自発的に充電動作と放電動作との適切な切り替えを行うようになれば、2次電池を利便性のある様々な用途に簡単に適用することが可能となると考えた。 If the charge / discharge circuit voluntarily switches between the charge operation and the discharge operation according to various situations regardless of an instruction from the outside, the present inventors make the secondary battery convenient. We thought that it would be possible to easily apply it to various uses.
この発明の目的は、2次電池の充電動作と放電動作との適切な切り替えを様々な状況に合わせて自発的に行うことのできる充放電回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a charge / discharge circuit that can spontaneously perform appropriate switching between a charging operation and a discharging operation of a secondary battery in accordance with various situations.
本発明は、上記目的を達成するため、電源電圧による2次電池への充電と2次電池から外部機器への電力供給とが可能な2次電池の充放電回路であって、2次電池側へ電流を流す充電方向と2次電池から外部機器側へ電流を流す放電方向との双方で電流又は電圧の調整が可能な双方向性レギュレータと、2次電池に流れる電流の向きを検出する充電放電検出回路と、該充電放電検出回路の検出結果に基づいて前記双方向性レギュレータの動作方向を前記充電方向または前記放電方向に切り替える切替制御回路とを備えた構成とした。 In order to achieve the above object, the present invention is a secondary battery charge / discharge circuit capable of charging a secondary battery with a power supply voltage and supplying power from the secondary battery to an external device. A bidirectional regulator capable of adjusting the current or voltage in both the charging direction for flowing current to the battery and the discharging direction for flowing current from the secondary battery to the external device, and charging for detecting the direction of the current flowing to the secondary battery A discharge detection circuit and a switching control circuit that switches the operation direction of the bidirectional regulator to the charge direction or the discharge direction based on the detection result of the charge / discharge detection circuit are provided.
このような手段によれば、例えば、2次電池の充電率が低い状態で電源端子にACアダプタなどの電源装置が接続されたとき、電源装置が接続されている状態で外部機器の負荷が一時的に増して電源供給の不足が生じたとき、電源装置の接続が外されたときなど、電源の接続状態や外部負荷の変化が生じて双方向性レギュレータの直前の動作状態が維持されなくなった場合に、2次電池に流れる電流の向きが僅かに変化する。そして、この変化を検出してその後の双方向性レギュレータの動作状態を自発的に切り替えることが出来る。また、このときの電流の向きの変化は、充電が必要なときには充電方向に、放電が可能なときには放電方向にと、そのときの接続機器や接続電源の状態、並びに、2次電池の充電率などに応じて適宜な方向を示しているので、この検出に基づく双方向性レギュレータの動作切替は様々な状況に応じた適切なものとなる。 According to such a means, for example, when a power supply device such as an AC adapter is connected to the power supply terminal in a state where the charging rate of the secondary battery is low, the load on the external device is temporarily suspended while the power supply device is connected. When the power supply is insufficient, the power supply is disconnected, etc., the connection state of the power supply or external load changes, and the operation state immediately before the bidirectional regulator is not maintained. In some cases, the direction of the current flowing through the secondary battery slightly changes. Then, when this change is detected, the operation state of the subsequent bidirectional regulator can be switched spontaneously. Further, the change in the direction of current at this time is in the charging direction when charging is required, in the discharging direction when discharging is possible, the state of the connected device and the connected power source at that time, and the charging rate of the secondary battery. Since an appropriate direction is indicated according to the above, switching of the operation of the bidirectional regulator based on this detection is appropriate according to various situations.
望ましくは、前記充電放電検出回路は、2次電池の充電電流と放電電流とが流れる電流経路上に直列に接続された1個又は複数の電界効果トランジスタ(FET1,FET2:図2,図5)と、該電界効果トランジスタの両端電圧が所定電圧になるようにゲート端子にバイアス電圧を与える手段(B1,B2:図2、又は11,15:図5)と、前記電界効果トランジスタの両端電圧を比較する比較回路(Comp1,Comp2:図2、又は21:図5)とから構成すると良い。 Preferably, the charge / discharge detection circuit includes one or a plurality of field effect transistors (FET1, FET2: FIGS. 2 and 5) connected in series on a current path through which a charge current and a discharge current of the secondary battery flow. And means (B1, B2: FIG. 2 or 11, 15: FIG. 5) for applying a bias voltage to the gate terminal so that the voltage across the field effect transistor becomes a predetermined voltage, and the voltage across the field effect transistor A comparison circuit (Comp1, Comp2: FIG. 2 or 21: FIG. 5) to be compared may be used.
このような構成によれば、充電放電検出回路は、充電時や放電時に多くの電流が流れるときには小さな抵抗となって低損失を実現でき、電流方向の切り替わり時に小さい電流値となってもその向きの変化を確実に検出することが出来る。 According to such a configuration, the charging / discharging detection circuit becomes a small resistance when a large amount of current flows during charging or discharging, so that low loss can be realized. Can be detected reliably.
さらに望ましくは、前記双方向性レギュレータは、2次電池の充電電流と放電電流の電流経路上に直列に接続され出力調整を行う複数の電界効果トランジスタ(FET1,FET2:図5)を有し、前記充電放電検出回路は、当該双方向性レギュレータの複数の電界効果トランジスタの両端電圧を比較して電流の向きを検出するように構成すると良い。 More preferably, the bidirectional regulator includes a plurality of field effect transistors (FET1, FET2: FIG. 5) that are connected in series on a current path of a charging current and a discharging current of a secondary battery and perform output adjustment. The charge / discharge detection circuit may be configured to detect the direction of current by comparing voltages across a plurality of field effect transistors of the bidirectional regulator.
このような構成により、部品の兼用化によりコストの低減や損失の低減を図ることが出来る。また、双方向性レギュレータの通常動作で電界効果トランジスタをオンさせているときには、当該電圧効果トランジスタに上述した電流方向を検出するためのゲートバイアスを与えているのと同様の状態とすることが出来るので、そのときのトランジスタの両端電圧により電流の向きの変化も確実に検出することが出来る。 With such a configuration, it is possible to reduce cost and loss by sharing parts. Further, when the field effect transistor is turned on in the normal operation of the bidirectional regulator, the voltage effect transistor can be in the same state as that in which the gate bias for detecting the current direction described above is applied. Therefore, a change in the direction of current can be reliably detected by the voltage across the transistor at that time.
さらに望ましくは、電源電圧の検出を行う電源電圧検出回路(40:図7)を備え、電源電圧が前記2次電池の満充電電圧より低い場合にのみ電源電圧を入力して2次電池の充電を可能にすると良い。 More preferably, a power supply voltage detection circuit (40: FIG. 7) for detecting the power supply voltage is provided, and the secondary battery is charged by inputting the power supply voltage only when the power supply voltage is lower than the full charge voltage of the secondary battery. It is good to make
具体的には、電源電圧の入力を遮断可能な第1スイッチ素子(FET5:図8)と、電源電圧が前記2次電池の満充電電圧より高い場合に前記第1スイッチ素子をオフにして電源電圧の入力を遮断する手段とを備えると良い。 Specifically, a first switch element (FET 5: FIG. 8) that can cut off the input of the power supply voltage, and when the power supply voltage is higher than the full charge voltage of the secondary battery, the first switch element is turned off to supply power It is preferable to provide means for cutting off voltage input.
また、具体的には、前記双方向性レギュレータは昇圧動作可能に構成され、2次電池の充電時、充電電圧が電源電圧の近傍になった場合に前記双方向性レギュレータが昇圧動作を開始して2次電池に充電電流を供給するように構成すると良い。 Specifically, the bidirectional regulator is configured to be capable of boosting operation, and when the secondary battery is charged, the bidirectional regulator starts the boosting operation when the charging voltage is close to the power supply voltage. In this case, the charging current may be supplied to the secondary battery.
このような構成により、素子破壊等により電源電圧が2次電池に直接的に印加されるような事態になっても、電源電圧が満充電電圧以下であるため2次電池に過充電が生じることがなく、高い安全性を確保することが出来る。また、充電時の昇圧動作により、電源電圧が満充電電圧以下であっても2次電池を満充電にすることも出来る。 With such a configuration, even if a power supply voltage is directly applied to the secondary battery due to element destruction or the like, the secondary battery is overcharged because the power supply voltage is below the full charge voltage. And high safety can be ensured. In addition, the secondary battery can be fully charged even when the power supply voltage is equal to or lower than the full charge voltage by the boosting operation during charging.
さらに望ましくは、前記双方向性レギュレータ(10:図10)は、トランジスタをスイッチング動作させて出力を調整するスイッチング制御と、トランジスタのオン抵抗を連続的に変化させて出力を調整するリニア制御とで降圧動作が可能に構成され、電源電圧および/又は電池電圧に基づいて前記双方向性レギュレータの降圧動作時の制御方式をスイッチング制御又はリニア制御に切り替える制御手段(51)を設けると良い。 More preferably, the bidirectional regulator (10: FIG. 10) includes switching control for adjusting the output by switching the transistor and linear control for adjusting the output by continuously changing the on-resistance of the transistor. It is preferable to provide a control means (51) configured to be capable of step-down operation and switching the control method during the step-down operation of the bidirectional regulator to switching control or linear control based on the power supply voltage and / or the battery voltage.
このような構成により、充電電圧が電源電圧より僅かに低い期間にリニア制御にすることで、充電時の損失を低減して充電効率の向上を図ることが出来る。 With such a configuration, linear control is performed during a period in which the charging voltage is slightly lower than the power supply voltage, so that loss during charging can be reduced and charging efficiency can be improved.
さらに望ましくは、2次電池から外部機器への放電中、電池電圧が前記外部機器の最低動作電圧の近傍になった場合に前記双方向性レギュレータが昇圧動作を開始して外部機器に電力供給するように構成すると良い。 More preferably, during discharging from the secondary battery to the external device, when the battery voltage becomes close to the minimum operating voltage of the external device, the bidirectional regulator starts a boost operation and supplies power to the external device. It is good to configure as follows
また、前記双方向性レギュレータの放電時の昇圧動作を開始させる電池電圧のしきい値と、該昇圧動作を停止させる電池電圧のしきい値とにヒステリシス(V13−V12:図14)を設けると良い。 Further, when hysteresis (V13-V12: FIG. 14) is provided between the threshold value of the battery voltage for starting the boosting operation during discharging of the bidirectional regulator and the threshold value of the battery voltage for stopping the boosting operation. good.
このような構成により、電源電圧の入力がなくても2次電池の電力をフルに使用して、外部機器を長時間駆動しつづけることが出来る。また、上記のヒステリシスにより、昇圧動作の切り替わり時に昇圧動作の開始状態と停止状態とがばたついて不安定状態になることも回避できる。 With such a configuration, the external device can be continuously driven for a long time by using the power of the secondary battery fully without the input of the power supply voltage. In addition, the above-described hysteresis can also avoid an unstable state where the start state and the stop state of the boost operation flutter when the boost operation is switched.
さらに望ましくは、2次電池の過充電および/又は過放電を検出する異常検出回路(71:図15)と、前記異常検出回路の検出に基づいて前記双方向性レギュレータの入力および/又は出力を遮断させる制御回路(72)とを備えると良い。 More preferably, an abnormality detection circuit (71: FIG. 15) for detecting overcharge and / or overdischarge of the secondary battery, and input and / or output of the bidirectional regulator based on the detection of the abnormality detection circuit. A control circuit (72) to be shut off may be provided.
また望ましくは、外部機器への出力を遮断可能な第2スイッチ素子(FET6:図16)と、出力電圧を検出する出力電圧検出回路(81)と、出力電圧が基準値を超えたときに前記第2スイッチ素子をオフにする制御回路(82)とを備えると良い。 Desirably, the second switch element (FET 6: FIG. 16) capable of interrupting the output to the external device, the output voltage detection circuit (81) for detecting the output voltage, and the output voltage when the output voltage exceeds a reference value. A control circuit (82) for turning off the second switch element may be provided.
また望ましくは、前記電源電圧と2次電池とを接続する電流経路上に設けられたヒューズ(93:図17)と、前記電源電圧および入力電流を検出する電圧電流検出回路(92)と、前記ヒューズと直列に接続された第3スイッチ素子(FET3)とを備え、前記電源電圧又は入力電流が制限値を超えた場合に前記第3スイッチ素子をオンさせて前記ヒューズを切断するように構成すると良い。 Preferably, a fuse (93: FIG. 17) provided on a current path connecting the power supply voltage and the secondary battery, a voltage / current detection circuit (92) for detecting the power supply voltage and the input current, A third switch element (FET3) connected in series with a fuse, and when the power supply voltage or input current exceeds a limit value, the third switch element is turned on to cut the fuse good.
このような保護手段により、様々な異常時に対応して2次電池や外部機器を保護することが出来る。 Such a protection means can protect the secondary battery and the external device in response to various abnormal situations.
また、本発明は、上記目的を達成するために、2次電池を内蔵した電池パックにおいて、上述した2次電池の充放電回路をパッケージ内に配設して2次電池と一体化したものである。このような構成とすることで、2次電池を利便性のある様々な用途に簡単に適用することが可能となる。 In order to achieve the above object, the present invention is a battery pack incorporating a secondary battery, in which the above-described secondary battery charging / discharging circuit is arranged in a package and integrated with the secondary battery. is there. With such a configuration, the secondary battery can be easily applied to various convenient uses.
なお、この項目の説明において、実施形態との対応関係を示す符号を括弧書きで記したが、本発明はこれに限定されるものではない。 In addition, in description of this item, although the code | symbol which shows a corresponding relationship with embodiment was described in parenthesis, this invention is not limited to this.
以上説明したように、本発明に従うと、2次電池の充電動作と放電動作との適切な切り替えを様々な状況に応じて充放電回路により自発的に行わせることができ、それにより、2次電池を利便性の高い様々な用途に簡単に適用することが可能になるという効果がある。 As described above, according to the present invention, appropriate switching between the charging operation and the discharging operation of the secondary battery can be performed spontaneously by the charging / discharging circuit according to various situations, and thereby the secondary battery There is an effect that the battery can be easily applied to various convenient uses.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1実施形態の2次電池の充放電システムの概要を示すブロック図、図2は、この充放電システムのうち充電放電検出回路の部分を具体的に示した回路構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of a charge / discharge system for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit configuration specifically showing a charge / discharge detection circuit portion of the charge / discharge system. FIG.
第1実施形態の充放電システムは、例えばACアダプタなどの電源装置2から電源電圧を入力して2次電池E2の充電を行ったり、例えば携帯電話機やデジタルカメラなどのセット機器3に対して2次電池E2から電力を供給したりするものである。この充放電システムのうち、電源装置2、セット機器3および2次電池E2を除いた部分により充放電回路が構成される。
The charge / discharge system according to the first embodiment charges a secondary battery E2 by inputting a power supply voltage from a
この充放電システムは、ACアダプタなどの電源装置2と、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの2次電池E2と、電源電圧を入力して2次電池E2に充電電流を出力したり2次電池E2の電池電圧に基づきセット機器3に電圧出力したりする双方向性レギュレータ回路10と、2次電池E2の電流の向きすなわち充電方向或いは放電方向の検出を行う充電放電検出回路20と、この充電放電検出回路20の出力に基づいて双方向性レギュレータ回路10の動作を充電動作または放電動作に切り替える切替制御回路30等を備えている。
This charging / discharging system includes a
双方向性レギュレータ回路10は、トランジスタのスイッチング制御或いはトランジスタのオン抵抗の制御により定電流出力や昇圧・降圧出力などの出力調整を行うものである。また、切替制御回路30の制御によって、電源装置2側を入力として2次電池E2側の出力を調整する充電動作と、2次電池E2側を入力としてセット機器3側の出力を調整する放電動作とを切り替えて実行することが可能になっている。
The
充電放電検出回路20は、例えば図2に示すように、2次電池E2と電源端子t0との間に直列に接続された2個のトランジスタFET1,FET2と、これらトランジスタFET1,FET2の両端に低電圧でほぼ一定の電圧を発生させるゲートバイアスを与えるバイアス回路B1,B2と、この2個のトランジスタFET1,FET2の両端の電圧を比較することで電流の向きを表わす信号出力を行う2個のコンパレータComp1,Comp2等から構成される。
For example, as shown in FIG. 2, the charge /
2個のトランジスタFET1,FET2は、例えばPチャネル形MOSFETであり、ボディダイオードが互いに逆向きになるようにそれぞれ接続されている。これにより、トランジスタFET1,FET2のうち何れか一方には、ソース・ドレイン間のチャネルに電流が流れて、ソース・ドレイン間に制御された電圧が出力するようになっている。 The two transistors FET1 and FET2 are, for example, P-channel MOSFETs, and are connected so that the body diodes are opposite to each other. As a result, a current flows through the channel between the source and the drain of either one of the transistors FET1 and FET2, and a voltage controlled between the source and the drain is output.
バイアス回路B1,B2は、トランジスタFET1,FET2に流れる電流が大きいときにはそのソース・ドレイン間抵抗を小さくして損失の増大を回避し、電流が小さいときにはソース・ドレイン間抵抗を大きくしてソース・ドレイン間の電圧を検出可能なレベルまで上昇させるものである。ソース・ドレイン間に発生させる電圧は、例えば20mV〜50mVなど、検出可能で且つ低い電圧とすると良い。この電圧値は厳密に定電圧でなければならないというものではなく、大まかに上記の電圧となれば良いものである。従って、例えばバイアス回路B1,B2として、それぞれドレイン端子にアノードをゲート端子にカソードを接続したツェナーダイオードなどから構成することも出来る。 The bias circuits B1 and B2 reduce the resistance between the source and the drain when the current flowing through the transistors FET1 and FET2 is large to avoid an increase in the loss, and increase the resistance between the source and the drain when the current is small. The voltage between them is raised to a detectable level. The voltage generated between the source and the drain is preferably a detectable and low voltage such as 20 mV to 50 mV. This voltage value does not have to be strictly a constant voltage, but may be roughly the above voltage. Therefore, for example, each of the bias circuits B1 and B2 can be constituted by a Zener diode having an anode connected to the drain terminal and a cathode connected to the gate terminal.
次に、上記構成の充放電システムの動作について説明する。
図3には、充電検出と放電検出の各場合における充電放電検出回路の状態を説明した図を示す。
例えば、双方向性レギュレータ回路10が放電動作を行って2次電池E2の充電率が低下している状態で、出力容量の大きな電源装置2が接続されたような場合、双方向性レギュレータ回路10で電流が逆流して、僅かに充電方向の電流が流れる場合がある。
Next, the operation of the charge / discharge system having the above configuration will be described.
FIG. 3 is a diagram illustrating the state of the charge / discharge detection circuit in each case of charge detection and discharge detection.
For example, when the
このような場合、図3(a)に示すように、この充電方向の微小電流によりトランジスタFET1,FET2の両端のうち2次電池E2側に検出可能な低電圧(例えば30mV〜100mV以上)が発生し、コンパレータComp1によりそれが検出されて充電検出信号が出力される。 In such a case, as shown in FIG. 3 (a), a low voltage (for example, 30 mV to 100 mV or more) that can be detected on the secondary battery E2 side of both ends of the transistors FET1 and FET2 is generated by the minute current in the charging direction. Then, it is detected by the comparator Comp1 and a charge detection signal is output.
充電検出信号が出力されると、切替制御回路30が双方向性レギュレータ回路10の動作状態を放電動作から充電動作へと切り替えて、これにより充放電システムは充電状態へと移行する。
When the charge detection signal is output, the switching
また、例えば、電源装置2が接続された状態で、双方向性レギュレータ回路10が放電動作を行って2次電池E2からセット機器3へ電力供給が行われている状態で、2次電池E2の充電率が低下して双方向性レギュレータ回路10の放電動作が続けられない状態になった場合にも、電源装置2からの電圧により双方向性レギュレータ回路10の電流が逆流して僅かに充電方向の電流が流れることがある。
Further, for example, in a state where the
このような場合にも、上述のように充電方向の電流が検出されて、放電動作から充電動作への切り替えが行われる。 Even in such a case, the current in the charging direction is detected as described above, and switching from the discharging operation to the charging operation is performed.
一方、双方向性レギュレータ回路10が充電動作を行って2次電池E2の充電を行っている状態で、電源装置2が外された場合には、双方向性レギュレータ回路10にて充電動作が続けられなくなって、僅かに放電方向の電流が流れる。
On the other hand, when the
すると、図3(b)に示すように、この放電方向の微小電流により、トランジスタFET1,FET2の両端のうち負荷3側に検出可能な低電圧(例えば30mV〜100mV以上)が発生し、コンパレータComp2によりそれが検出されて放電検出信号が出力される。
Then, as shown in FIG. 3B, a low voltage (for example, 30 mV to 100 mV or more) that can be detected on the
放電検出信号が出力されると、切替制御回路30が双方向性レギュレータ回路10の動作状態を充電動作から放電動作へと切り替えて、これにより充放電システムは放電状態へと移行される。
When the discharge detection signal is output, the switching
図4には、充電放電検出回路において電流電圧変換用の素子を1個のトランジスタにより構成した場合の一回路例を示す。
図2の充電放電検出回路20では、電流を電圧に変換する素子として、2個のトランジスタFET1,FET2をボディダイオードを互いに逆向きにして接続して構成したが、図4に示すように、1個のトランジスタFET0から構成することも可能である。この回路例は、トランジスタFET0のバックゲートを電流の向きに応じてソース又はドレインの両端子に切り替えるスイッチ26と、トランジスタFET0の両端電圧に基づいきスイッチ26の接続を切り替えるコンパレータ25とを設けたものである。このような構成であっても、1個のトランジスタFET0を用いて放電電流や充電電流がボディダイオードのみに流れないように制御することができ、微小電流でも電流の向きの変化を検出することが可能となる。
FIG. 4 shows an example of a circuit in the case where the current-voltage conversion element is constituted by one transistor in the charge / discharge detection circuit.
In the charge /
以上のように、第1実施形態の充放電システムによれば、充電動作と放電動作との適切な切り替えを充放電システムによって自発的に行わせることが出来るので、2次電池を利便性の高い様々な用途に容易に適用することが出来る。例えばACアダプタで駆動するセット機器に対して、この充放電システムを電源端子に並列に接続するだけで、2次電池によりセット機器の一時的なワイヤレス化を実現できる。また、例えば、一つの満充電の2次電池を、充放電回路を介して他の空の2次電池に接続することで、一方の2次電池から他方の2次電池へ充電電流を流して、電荷の分配を図ることができる。また、電源装置2の定格電力では一時的に電力が不足するような場合に自発的に2次電池から電力供給をさせて電力を補わせるなど、様々な用途に簡単に適用させることが出来る。
As described above, according to the charging / discharging system of the first embodiment, appropriate switching between the charging operation and the discharging operation can be performed spontaneously by the charging / discharging system, so the secondary battery is highly convenient. It can be easily applied to various uses. For example, for a set device driven by an AC adapter, the set device can be temporarily made wireless by using a secondary battery simply by connecting the charge / discharge system in parallel to the power supply terminal. In addition, for example, by connecting one fully charged secondary battery to another empty secondary battery via a charging / discharging circuit, a charging current flows from one secondary battery to the other secondary battery. The charge can be distributed. In addition, when the rated power of the
[第2の実施の形態]
図5には、第2実施形態の充放電システムの構成図を、図6には、この充放電システムの双方向性レギュレータ回路の動作方法の説明図を示す。
第2実施形態の充放電システムは、充電放電検出回路のトランジスタFET1,FET2を、双方向性レギュレータ回路のトランジスタFET1,FET2と兼用させたものであり、その他の構成は第1実施形態とほぼ同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram of the charge / discharge system of the second embodiment, and FIG. 6 is an explanatory diagram of an operation method of the bidirectional regulator circuit of the charge / discharge system.
In the charge / discharge system of the second embodiment, the transistors FET1 and FET2 of the charge / discharge detection circuit are also used as the transistors FET1 and FET2 of the bidirectional regulator circuit, and other configurations are substantially the same as those of the first embodiment. It is.
この実施形態の双方向性レギュレータ回路は、電源装置2と2次電池E2との間に順に直列接続された第1トランジスタFET1、リアクトルL1、第2トランジスタFET2と、リアクトルL1の一方の端子とグランドとの間に接続された第3トランジスタFET3と、リアクトルL1の他方の端子とグランドとの間に接続された第4トランジスタFET4と、第1と第3トランジスタFET1,FET3の駆動制御を行う第1SW制御回路11と、第2と第4トランジスタFET2,FET4の駆動制御を行う第2SW制御回路15等から構成される。
第1〜第4のトランジスタFET1〜FET4は、図5に示すように、Pチャネル形MOSFETと、Nチャネル形MOSFET等を適用することが出来る。
The bidirectional regulator circuit of this embodiment includes a first transistor FET1, a reactor L1, a second transistor FET2, and one terminal of the reactor L1 and a ground connected in series between the
As shown in FIG. 5, a P-channel MOSFET, an N-channel MOSFET, or the like can be applied to the first to fourth transistors FET1 to FET4.
この双方向性レギュレータ回路は、図6に示すように、第1トランジスタFET1と第3トランジスタFET3のスイッチング制御により充電時の降圧動作と、放電時の昇圧動作とが可能である。また、第2トランジスタFET2と第4トランジスタFET4のスイッチング制御により、放電時の降圧動作と充電時の昇圧動作とが可能である。 As shown in FIG. 6, this bidirectional regulator circuit can perform a step-down operation during charging and a step-up operation during discharge by switching control of the first transistor FET1 and the third transistor FET3. In addition, by switching control of the second transistor FET2 and the fourth transistor FET4, a step-down operation during discharging and a step-up operation during charging are possible.
トランジスタの制御方式は、パルス幅変調方式や周波数変調方式などのスイッチング制御、或いは、シリーズレギュレータやシャントレギュレータのようにトランジスタのオン抵抗を連続的に変化させるリニア制御など、種々の方式を適用することが出来る。 Various transistor control methods such as switching control such as pulse width modulation method and frequency modulation method, or linear control that continuously changes the on-resistance of the transistor like a series regulator or shunt regulator should be applied. I can do it.
なお、図示はしていないが、第1と第2のSW制御回路11,15には、2次電池E2の電圧や電流を表わす検出電圧、並びに、セット機器3への出力電圧を表わす検出電圧が入力され、これらに基づいて2次電池E2への充電電流や充電電圧を調整したり、或いは、セット機器3への出力電圧を調整したりするようになっている。
Although not shown, the first and second
この実施形態の充電放電検出回路は、電流を電圧に変換する素子として、双方向性レギュレータ回路の第1トランジスタFET1と第2トランジスタFET2を用いている。そして、これらの両端電圧の各々を検出回路21に入力して電流の向きを監視している。
The charge / discharge detection circuit of this embodiment uses a first transistor FET1 and a second transistor FET2 of a bidirectional regulator circuit as elements for converting a current into a voltage. Then, each of these both-end voltages is input to the
なお、この実施形態の回路構成では、第1と第2のトランジスタFET1,FET2の中間に起電力を発生するリアクトルL1が設けられているため、2個のトランジスタFET1,FET2それぞれの両端から4つの電圧を入力して電流の向きを検出するように構成している。リアクトルL1の接続位置の異なる双方向性レギュレータ回路であれば、中央側の2入力は省略してトランジスタFET1,FET2の両端の2つの電圧のみ入力して電流の向きを監視するようにしても良い。 In the circuit configuration of this embodiment, since the reactor L1 that generates an electromotive force is provided between the first and second transistors FET1 and FET2, four transistors from both ends of the two transistors FET1 and FET2 are provided. It is configured to detect the direction of current by inputting voltage. In the case of a bidirectional regulator circuit in which the connection position of the reactor L1 is different, the central two inputs may be omitted and only two voltages at both ends of the transistors FET1 and FET2 may be input to monitor the current direction. .
また、この実施形態では、第1トランジスタFET1や第2トランジスタFET2に電流の向きが検出可能な程度の低い電圧が絶えず生じるように、第1トランジスタFET1や第2トランジスタFET2のオン動作時で且つ電流が少ない場合には、オン抵抗が若干高くなるようにトランジスタFET1,FET2を駆動するように第1SW制御回路11や第2SW制御回路15を構成すると良い。
Further, in this embodiment, the first transistor FET1 and the second transistor FET2 are turned on and the current is supplied to the first transistor FET1 and the second transistor FET2. When there is little, it is good to comprise the 1st
或いは、検出回路21による電流方向の監視を所定周期で間歇的に行うように構成するとともに、図5に点線で示すように、電流方向の検出を行うタイミングに検出回路21からSW制御回路11,15にその通知信号を出力し、この通知信号が入力された場合にSW制御回路11,15からトランジスタFET1,FET2に低圧定電圧で動作するゲートバイアスを与えるように構成しても良い。
Alternatively, the current direction is monitored by the
このような構成とすることにより、双方向性レギュレータ回路のトランジスタFET1,FET2を、充電放電検出回路の電流電圧変換素子に流用して、第1実施形態と同様の作用を得ることが出来る。 With this configuration, the transistors FET1 and FET2 of the bidirectional regulator circuit can be diverted to the current-voltage conversion element of the charge / discharge detection circuit, and the same operation as in the first embodiment can be obtained.
[第3の実施の形態]
図7は、第3実施形態の充放電システムの概略構成を示すブロック図、図8は、この充放電システムの回路構成図である。なお、図8において充電放電検出回路20と切替制御回路30の構成は省略している。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the charge / discharge system of the third embodiment, and FIG. 8 is a circuit configuration diagram of the charge / discharge system. In FIG. 8, the configurations of the charge /
第3実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加えて、入力される電源電圧を2次電池E2の満充電電圧以下に制限する構成を付加したものである。
すなわち、この実施形態の充放電システムには、電源装置2が接続される電源端子と双方向性レギュレータ回路10との間に、電源電圧を検出する電源電圧検出回路40と、電源電圧が基準電圧より高い場合に電源電圧の入力を遮断するためのスイッチ回路41とが設けられている。
In addition to the configuration of the second embodiment, the charge / discharge system of the third embodiment has a configuration in which the input power supply voltage is limited to be equal to or lower than the full charge voltage of the secondary battery E2.
That is, the charge / discharge system of this embodiment includes a power supply
電源電圧検出回路40は、例えば抵抗分割回路などにより構成できる。
スイッチ回路41は、図8に示すように、電源端子と双方向性レギュレータ回路10との間に直列に接続されたスイッチトランジスタFET5と、電源電圧検出回路40の検出電圧と基準電圧とを比較してMOSトランジスタFET5をオン・オフ制御する制御回路41aとから構成される。
The power supply
As shown in FIG. 8, the
スイッチ回路41をオフさせる基準電圧は、2次電池E2の満充電電圧(例えば4.2V)、或いは、それより少し低い電圧(例えば3.8V〜4.2V)に設定すると良い。
The reference voltage for turning off the
双方向性レギュレータ回路10は、電源電圧が満充電電圧以下であるため、充電電圧が電源電圧以上となった場合には昇圧動作を伴った出力制御を行うことで、2次電池E2を満充電まで充電するように構成される。
The
この実施形態の充放電システムによれば、電源電圧の入力を2次電池E2の満充電電圧以下に制限することが出来るので、回路故障などで電源電圧が2次電池E2に直接的に印加されてるような状況が生じても、2次電池E2が過充電となることが防止され、高い安全性を確保することが出来る。 According to the charging / discharging system of this embodiment, since the input of the power supply voltage can be limited to the full charge voltage or less of the secondary battery E2, the power supply voltage is directly applied to the secondary battery E2 due to a circuit failure or the like. Even if such a situation occurs, the secondary battery E2 is prevented from being overcharged, and high safety can be ensured.
図9には、第3実施形態の充放電システムの変形例を示す。
なお、図9に示すように、電源電圧の入力を遮断するスイッチ素子は、双方向性レギュレータ回路の第1トランジスタFET1を流用するようにしても良い。
In FIG. 9, the modification of the charging / discharging system of 3rd Embodiment is shown.
As shown in FIG. 9, the first transistor FET1 of the bidirectional regulator circuit may be used as the switch element that cuts off the input of the power supply voltage.
[第4の実施の形態]
図10は、第4実施形態の充放電システムの概略構成を示すブロック図、図11は、接続される電源装置として想定される3種類の電源装置の出力特性を示す特性グラフである。
第4実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加えて、充電時の双方向性レギュレータ回路10の動作モードを、電源電圧や充電電圧に応じてスイッチング制御モードとリニア制御モードとに適宜切り替える機能を付加したものである。なお、本実施形態において、充電放電検出回路やその作用構成について図示や説明を省略するが、これらの構成も第2実施形態と同様に備わっているものである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the charge / discharge system according to the fourth embodiment, and FIG. 11 is a characteristic graph illustrating output characteristics of three types of power supply devices assumed as connected power supply devices.
In addition to the configuration of the second embodiment, the charge / discharge system of the fourth embodiment changes the operation mode of the
この実施の形態の充放電システムは、上記の機能を実現するため、電源電圧の入力段に電圧を検出する電源電圧検出回路50を備えている。そして、この検出電圧を切替制御回路51に入力して、切替制御回路51により、降圧充電時における双方向性レギュレータ回路10の動作モードを切り替えるように構成されている。
The charge / discharge system according to this embodiment includes a power supply
この実施形態の充放電システムでは、図11に示すように、電源電圧として、2次電池E2の満充電電圧より低い電圧V1、満充電電圧より少し高い電圧V2、ずっと高い電圧V3など、複数の大きさの電源電圧が入力されることを想定している。 In the charging / discharging system of this embodiment, as shown in FIG. 11, a plurality of power supply voltages such as a voltage V1 lower than the full charge voltage of the secondary battery E2, a voltage V2 slightly higher than the full charge voltage, a much higher voltage V3, etc. It is assumed that a power supply voltage having a magnitude is input.
双方向性レギュレータ回路10は、充電時の降圧動作時に、トランジスタをスイッチング動作させて充電電圧を調整するスイッチング制御モードと、シリーズレギュレータのようにトランジスタのオン抵抗を連続的に変化させて充電電圧を調整するリニア制御モードとが可能なように構成する。
The
図12には、この充放電システムの充電時の動作を説明する特性グラフを示す。
この実施形態の充放電システムでは、充電率が低く充電電圧も低い期間D1では、電源電圧と充電電圧との電圧差が大きいため電源電圧の大きさに拘わらずに、双方向性レギュレータ回路10はスイッチング動作を行わせて2次電池E2の充電を行う。
In FIG. 12, the characteristic graph explaining the operation | movement at the time of charge of this charging / discharging system is shown.
In the charging / discharging system of this embodiment, in the period D1 where the charging rate is low and the charging voltage is low, the voltage difference between the power supply voltage and the charging voltage is large. The secondary battery E2 is charged by performing a switching operation.
一方、充電率が中程度から高くなった期間D2では、電源電圧によっては充電電圧との差が小さくなため、電源電圧の大きさに応じて双方向性レギュレータ回路の動作モードを切り替えるようになっている。すなわち、電源電圧が満充電電圧より少し高い電圧V2である場合には、双方向性レギュレータ回路10の動作をリニア制御モードに切り替えて、例えばシリーズレギュレータの動作等により電源電圧を降圧して2次電池E2の充電を行う。
On the other hand, in the period D2 in which the charging rate is moderate to high, the difference between the charging voltage and the charging voltage is small depending on the power supply voltage. Therefore, the operation mode of the bidirectional regulator circuit is switched according to the magnitude of the power supply voltage. ing. That is, when the power supply voltage is a voltage V2 slightly higher than the full charge voltage, the operation of the
他方、電源電圧が満充電電圧より低い電圧V1の場合には、昇圧動作が必要となるため、リニア制御モードにはせずにスイッチング制御モードで2次電池E2の充電を行う。さらに、電源電圧が満充電電圧よりずっと高い電圧V3である場合には、充電電圧との差電圧が小さくならないので、リニア制御モードにせずにスイッチング制御モードのまま2次電池E2の充電を行う。 On the other hand, when the power supply voltage is the voltage V1 lower than the full charge voltage, a boosting operation is required. Therefore, the secondary battery E2 is charged in the switching control mode without entering the linear control mode. Further, when the power supply voltage is a voltage V3 that is much higher than the full charge voltage, the difference voltage from the charge voltage does not become small, so the secondary battery E2 is charged in the switching control mode without entering the linear control mode.
このように電源電圧が充電電圧より僅かに高い場合に、双方向性レギュレータ回路10をリニア制御モードとすることで、双方向性レギュレータ回路10での損失を、スイッチング制御モードのままにした場合より小さくすることができ、それにより充電効率の向上を図ることが出来る。
In this way, when the power supply voltage is slightly higher than the charging voltage, the
なお、図10に点線で示すように、2次電池E2の前段に充電電圧を検出する電池電圧検出回路53を設け、この検出電圧を切替制御回路51に入力するとともに、切替制御回路51にて電源電圧と充電電圧とを比較して、電源電圧が充電電圧より僅かに大きくなる(例えば+0.1V〜0.4V)期間に、双方向性レギュレータ回路10の制御をスイッチング制御モードからリニア制御モードに切り替えて、シリーズレギュレータの動作により電源電圧を降圧して2次電池の充電を行うように構成しても良い。このような制御によっても充電時の効率の向上を図ることが出来る。
As shown by a dotted line in FIG. 10, a battery
[第5の実施の形態]
図13には、第5実施形態の充放電システムの回路構成図を、図14にはこの充放電システムの放電時の動作を説明する特性グラフを示す。
第5実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加えて、2次電池E2の放電時に電池電圧がセット機器3の最低動作電圧に近づいたときに、双方向性レギュレータ回路10に昇圧動作を行わせる機能を付加したものである。なお、本実施形態において、充電放電検出回路やその作用構成について図示や説明を省略しているが、これらの構成も第2実施形態と同様に備わっている。
[Fifth Embodiment]
In FIG. 13, the circuit block diagram of the charging / discharging system of 5th Embodiment is shown, and the characteristic graph explaining the operation | movement at the time of discharge of this charging / discharging system is shown in FIG.
In addition to the configuration of the second embodiment, the charging / discharging system of the fifth embodiment includes the
この実施形態の充放電システムでは、上記機能を実現するため、2次電池E2の前段に電池電圧を検出する電池電圧検出回路61を設けている。そして、この検出電圧を切替制御回路30に入力し、放電時に電池電圧が一定値より低くなった場合に双方向性レギュレータ回路にスイッチング制御により昇圧動作を行わせるようにしたものである。
In the charge / discharge system of this embodiment, a battery
図14に示すように、昇圧動作を開始させる電池電圧は、セット機器3の最低動作電圧V11より少し高い第1しきい値電圧V12に設定する。また、一旦、放電時の昇圧動作が開始された場合には、途中で2次電池E2に充電が行われて電池電圧が僅かに上昇した場合でも、次の放電動作時に第1しきい値電圧V12より少し高い第2しきい値電圧V13を超えなければ昇圧動作を続けるように構成する。
As shown in FIG. 14, the battery voltage for starting the boosting operation is set to the first threshold voltage V12 that is slightly higher than the lowest operating voltage V11 of the
このように、昇圧動作を停止させるしきい値電圧V13と、昇圧動作を開始させるしきい値電圧V11の間には少しの電位差を設定しておくことで、昇圧動作の開始と停止の切り替わり時に動作がばたついて動作が不安定にならないようにすることが出来る。 Thus, by setting a small potential difference between the threshold voltage V13 for stopping the boosting operation and the threshold voltage V11 for starting the boosting operation, the switching between the start and stop of the boosting operation is performed. It is possible to prevent the operation from fluttering and becoming unstable.
また、充電動作に移行することなく放電が続いて、電池電圧が最低電池電圧V14に達した場合には、2次電池E2の過放電を防ぐために昇圧動作を停止してセット機器3への電力供給を停止させる。
In addition, when the battery voltage reaches the minimum battery voltage V14 after discharging without shifting to the charging operation, the boosting operation is stopped to prevent overdischarge of the secondary battery E2, and the power to the
この実施の形態の充放電システムによれば、2次電池E2の電池電圧がセット機器3の最低動作電圧以下になっても、2次電池E2の電力を放出し切るまで電力供給を続けることが出来るので、2次電池E2によるセット機器3の使用可能時間が延びて有用である。
According to the charging / discharging system of this embodiment, even when the battery voltage of the secondary battery E2 becomes equal to or lower than the minimum operating voltage of the
[第6の実施の形態]
図15には、第6実施形態の充放電システムの回路構成図を示す。
第6実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加え、2次電池E2の過充電や過放電を防止する保護機能を付加したものである。本実施形態においても、充電放電検出回路や充電と放電の切り替えを行う切替制御回路について図示や説明を省略しているが、これらの構成も第2実施形態と同様に備わっているものである。
[Sixth Embodiment]
In FIG. 15, the circuit block diagram of the charging / discharging system of 6th Embodiment is shown.
The charge / discharge system according to the sixth embodiment is provided with a protection function for preventing overcharge and overdischarge of the secondary battery E2 in addition to the configuration of the second embodiment. Also in the present embodiment, illustration and explanation of the charge / discharge detection circuit and the switching control circuit for switching between charge and discharge are omitted, but these configurations are also provided as in the second embodiment.
この実施形態の充放電システムは、上記保護機能を実現するため、2次電池E2の前段に電池電圧や充放電電流を検出する電圧電流検出回路71と、該電圧電流検出回路71から過充電や過放電の検出信号が出力された場合にセット機器3や電源装置2から2次電池E2の接続を遮断する保護用制御回路72とを設けている。
In order to realize the above-described protection function, the charge / discharge system of this embodiment includes a voltage /
保護用制御回路72は、例えば、双方向性レギュレータ回路の構成素子のうち、電源装置2と2次電池E2との間に直列に接続されたトランジスタFET1,FET2の何れかを強制的にオフさせることで、2次電池E2の遮断を行うように構成する。例えば、過充電時にはトランジスタFET1を、過放電時にはトランジスタFET2をオフさせて、過充電や過放電を防止する。
なお、2次電池E2の充電電流や放電電流を遮断する専用のスイッチ素子を設けて、このスイッチ素子をオフさせるように構成しても良い。
For example, the
A dedicated switch element that cuts off the charging current and discharging current of the secondary battery E2 may be provided to turn off the switch element.
また、図15に点線で示すように、保護用制御回路72は、トランジスタFET1,FET2のゲート端子に直接にオフの駆動信号を出力してトランジスタFET1,FET2をオフさせるのではなく、第1と第2のSW制御回路11,15を介してトランジスタFET1,FET2をオフさせるようにしても良い。
Further, as shown by a dotted line in FIG. 15, the
このような構成により、2次電池E2の過充電や過放電を防いで安全性の高い充放電システムとすることが出来る。 With such a configuration, the secondary battery E2 can be prevented from being overcharged or discharged, and a highly safe charge / discharge system can be obtained.
[第7の実施の形態]
図16には、第7実施形態の充放電システムの回路構成図を示す。
第7実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加えて、セット機器3への出力電圧が最大定格電圧を超えた場合に、電圧出力を停止させる保護機能を付加したものである。本実施形態においても、充電放電検出回路や充電動作と放電動作の切り替えを行う切替制御回路について図示や説明を省略しているが、これらの構成も第2実施形態と同様に備わっている。
[Seventh Embodiment]
In FIG. 16, the circuit block diagram of the charging / discharging system of 7th Embodiment is shown.
In addition to the configuration of the second embodiment, the charge / discharge system of the seventh embodiment is provided with a protection function that stops voltage output when the output voltage to the
この実施形態の充放電システムは、上記の保護機能を実現するため、電源端子や双方向性レギュレータ回路の接点N1とセット機器3との間に設けられたスイッチ素子FET6と、出力電圧を検出する電圧検出回路81と、この検出電圧に基づいてスイッチ素子FET6をオン・オフ制御するスイッチ制御回路82とを備えている。
The charge / discharge system of this embodiment detects the output voltage and the switch element FET6 provided between the power terminal and the contact N1 of the bidirectional regulator circuit and the
このような構成とすることで、例えば、セット機器3の最大定格電圧より高い電圧の電源装置2が接続されてしまった場合や、双方向性レギュレータ回路の誤動作により高い電圧が出力されてしまった場合に、スイッチ素子FET6がオフされてセット機器3を保護することが出来る。
By adopting such a configuration, for example, when the
[第8の実施の形態]
図17には、第8実施形態の充放電システムの回路構成図を示す。
第8実施形態の充放電システムは、第2実施形態の構成に加えて、電源端子から異常な高電圧が入力された場合にヒューズ93を切断して2次電池E2への入力を完全に遮断する第2保護機能を付加したものである。本実施形態においても、充電放電検出回路や充電動作と放電動作の切り替えを行う切替制御回路について図示や説明を省略しているが、これらの構成も第2実施形態と同様に備わっているものである。
[Eighth Embodiment]
In FIG. 17, the circuit block diagram of the charging / discharging system of 8th Embodiment is shown.
In addition to the configuration of the second embodiment, the charge / discharge system of the eighth embodiment completely cuts off the input to the secondary battery E2 by cutting the
この実施形態の充放電システムは、上記の第2保護機能を実現するため、電源端子と双方向性レギュレータ回路との間に直列に接続されたヒューズ93と、入力電圧および入力電流を検出する電圧電流検出回路92と、双方向性レギュレータ回路のトランジスタFET1,FET3,FET2を制御してヒューズ93を切断させることが可能な保護用制御回路94とを備えている。
In the charge / discharge system of this embodiment, in order to realize the second protection function, a
この実施形態の充放電システムでは、先ず、双方向性レギュレータ回路の通常の保護機能(第1保護機能)により、過大電圧が入力された場合にトランジスタFET1がオフされて入力を遮断する保護動作が働く。しかし、より大きな異常電圧が入力された場合には、この保護動作がなされても例えばトランジスタFET1が破壊されるなど制御不能な状態になって、異常電圧や異常電流の入力がトランジスタFET1を通過して入力されることがある。 In the charging / discharging system of this embodiment, first, the normal protection function (first protection function) of the bidirectional regulator circuit performs a protection operation in which the transistor FET1 is turned off and an input is shut off when an excessive voltage is input. work. However, if a larger abnormal voltage is input, even if this protection operation is performed, the transistor FET1 is destroyed, for example, and the control becomes impossible, and the input of the abnormal voltage or abnormal current passes through the transistor FET1. May be entered.
この実施形態の充放電システムでは、このような場合に、ヒューズ93の切断による第2保護機能が働くようにしたものである。
従って、第2保護機能で用いられる電圧電流検出回路92は、第1保護機能でオフされるトランジスタより後段の電位点N2の電圧を検出するように構成する。
In such a case, the charge / discharge system of this embodiment is configured such that the second protection function by cutting the
Therefore, the voltage /
ヒューズ93は、制限電流を超えた場合に切断される通常のヒューズや、抵抗成分を有し所定の入力電力を超えた場合に切断される抵抗ヒューズなどを用いることが出来る。
The
保護用制御回路94は、電圧電流検出回路92で制限電圧や制限電流を超えた入力が検出された場合に、トランジスタFET1とグランド間に接続されたトランジスタFET3を強制的にオンさせる信号を出力する。これにより、制御不能で通電状態になっているトランジスタFET1と、オン動作させたトランジスタFET3を通して過大電流を流してヒューズ93を切断することが出来る。
The
同時に、保護用制御回路94は、2次電池E2に直列に接続されたトランジスタFET2を強制的にオフにさせる信号を出力する。これにより、ヒューズ93を切断するためにオンさせたトランジスタFET3を通して2次電池E2の放電電流が流れるのが回避され、2次電池E2の過放電を防ぐことが出来る。
At the same time, the
以上のように、この実施形態の充放電システムによれば、異常な過大電圧が入力された場合に2次電池E2に過大電流を流すことなくヒューズ93を切断して過大電圧の入力を遮断することが出来るので、より高い安全性の確保を図ることが出来る。
As described above, according to the charging / discharging system of this embodiment, when an abnormal excessive voltage is input, the
なお、この実施形態では、保護動作制御回路94が双方向性レギュレータ回路のトランジスタFET2,FET3を直接制御してヒューズ93を切断したり2次電池E2の過放電を防ぐようにしているが、図17に点線で示すように、保護動作制御回路94から第1と第2のSW制御回路11,15に信号を出力して、第1と第2のSW制御回路11,15を介してトランジスタFET2.FET3を同様に制御するようにしても良い。
In this embodiment, the protection
また、ヒューズ93の切断やそのときの2次電池E2の放電電流を防ぐのに双方向性レギュレータ回路のトランジスタを用いているが、専用のトランジスタを設けてこれらの処理を行うようにしても良い。
Further, although the transistor of the bidirectional regulator circuit is used to prevent the
[第9の実施の形態]
図18には、本発明の電池パックに係る実施形態の一例を表わした図を示す。
この実施形態の電池パック100は、2次電池E2を内蔵するパッケージの中に第1〜第8実施形態の充放電用の回路を内蔵したものである。
[Ninth Embodiment]
In FIG. 18, the figure showing an example of embodiment which concerns on the battery pack of this invention is shown.
The battery pack 100 according to this embodiment includes the charge / discharge circuit according to the first to eighth embodiments in a package including the secondary battery E2.
充放電回路には、リアクトルL1や電圧や電流を検出する抵抗を設ける必要があるが、これらは表面実装が可能な程度の体積の小さなものを利用することが出来るので、パッケージは殆んど大きくすることなく充放電回路を内蔵することが出来る。また、制御系の回路や電流と電圧を制御するトランジスタなどは、1チップまたは2チップの半導体に集積して設けることが出来る。 The charge / discharge circuit needs to be provided with a reactor L1 and a resistor for detecting voltage and current, but these can be used with a small volume that can be surface mounted, so the package is almost large. The charging / discharging circuit can be built in without doing so. Further, a control system circuit, a transistor for controlling current and voltage, and the like can be provided integrated on a one-chip or two-chip semiconductor.
入出力端子101は、電源装置2に接続する2端子と、セット機器3に接続する2端子を示しているが、電源装置2とセット機器3に接続する端子を共通にできる充放電回路であれば、これらの端子を共通化して2端子としても良い。
The input / output terminal 101 shows two terminals connected to the
このような電池パック100によれば、外部機器や電源装置との接続状態、並びに、2次電池E2の充電状態に応じて、適宜なタイミングで充電動作と放電動作とを自発的に切り替える機能を有したバッテリーを構成することが出来るので、バッテリー機能を様々な用途に簡単に適用させることが出来る。 According to such a battery pack 100, a function of spontaneously switching between a charging operation and a discharging operation at an appropriate timing according to the connection state with an external device or a power supply device and the charging state of the secondary battery E2. Since the battery can be configured, the battery function can be easily applied to various uses.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではない。例えば、第3〜第8の実施形態に示した付加機能は、そのうちの複数又は全部の機能をまとめて1つの充放電システムに備えるようにしても良い。その他、実施の形態で具体的に示した2次電池の種類、回路構成や動作内容の細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, the additional functions shown in the third to eighth embodiments may be provided in one charging / discharging system by combining a plurality or all of the functions. In addition, the type of secondary battery, circuit configuration, details of operation details, and the like specifically shown in the embodiment can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
2 電源装置
3 セット機器
E2 2次電池
10 双方向性レギュレータ回路
11 第1SW制御回路
15 第2SW制御回路
20 充電放電検出回路
21 検出回路
30 切替制御回路
FET1〜FET4 トランジスタ
B1,B2 バイアス回路
Comp1,Comp2 コンパレータ
40 電源電圧検出回路(高い電圧の入力遮断制御用)
41 スイッチ回路
50 電源電圧検出回路(リニア動作への切替制御用)
53 電池電圧検出回路(リニア動作への切替制御用)
61 電池電圧検出回路(昇圧出力への切替制御用)
71 電圧電流検出回路(過充電・過放電の検出用)
72 保護動作制御回路
81 電圧検出回路(過大電圧出力の検出用)
FET6 スイッチ素子
82 スイッチ制御回路
92 電圧電流検出回路(異常入力の検出用)
93 ヒューズ
94 保護動作制御回路
100 電池パック
2
41
53 Battery voltage detection circuit (for switching control to linear operation)
61 Battery voltage detection circuit (for switching control to boost output)
71 Voltage / current detection circuit (for overcharge / overdischarge detection)
72 Protection
93
Claims (13)
2次電池側へ電流を流す充電方向と2次電池から外部機器側へ電流を流す放電方向との双方で電流又は電圧の調整が可能な双方向性レギュレータと、
2次電池に流れる電流の向きを検出する充電放電検出回路と、
該充電放電検出回路の検出結果に基づいて前記双方向性レギュレータの動作方向を前記充電方向または前記放電方向に切り替える切替制御回路と、
を備え、
前記充電放電検出回路は、
2次電池の充電電流と放電電流とが流れる電流経路上に直列に接続された1個又は複数の電界効果トランジスタと、
該電界効果トランジスタの両端電圧が所定電圧になるようにゲート端子にバイアス電圧を与える手段と、
前記電界効果トランジスタの両端電圧を比較する比較回路と、
から構成されることを特徴とする2次電池の充放電回路。 A charging / discharging circuit for a secondary battery capable of charging the secondary battery with a power supply voltage and supplying power from the secondary battery to an external device,
A bidirectional regulator capable of adjusting the current or voltage in both the charging direction in which current flows to the secondary battery side and the discharging direction in which current flows from the secondary battery to the external device side;
A charge / discharge detection circuit for detecting the direction of current flowing in the secondary battery;
A switching control circuit for switching the operation direction of the bidirectional regulator to the charge direction or the discharge direction based on the detection result of the charge / discharge detection circuit;
Bei to give a,
The charge / discharge detection circuit includes:
One or more field effect transistors connected in series on a current path through which a charging current and a discharging current of the secondary battery flow;
Means for applying a bias voltage to the gate terminal so that the voltage across the field effect transistor is a predetermined voltage;
A comparison circuit for comparing voltages across the field-effect transistor;
Charging and discharging circuit of secondary batteries you wherein the composed.
2次電池側へ電流を流す充電方向と2次電池から外部機器側へ電流を流す放電方向との双方で電流又は電圧の調整が可能な双方向性レギュレータと、
2次電池に流れる電流の向きを検出する充電放電検出回路と、
該充電放電検出回路の検出結果に基づいて前記双方向性レギュレータの動作方向を前記充電方向または前記放電方向に切り替える切替制御回路と、
を備え、
前記双方向性レギュレータは、2次電池の充電電流と放電電流の電流経路上に直列に接続され出力調整を行う複数の電界効果トランジスタを有し、
前記充電放電検出回路は、当該双方向性レギュレータの複数の電界効果トランジスタの両端電圧を比較して電流の向きを検出する、
ことを特徴とする2次電池の充放電回路。 A charging / discharging circuit for a secondary battery capable of charging the secondary battery with a power supply voltage and supplying power from the secondary battery to an external device,
A bidirectional regulator capable of adjusting the current or voltage in both the charging direction in which current flows to the secondary battery side and the discharging direction in which current flows from the secondary battery to the external device side;
A charge / discharge detection circuit for detecting the direction of current flowing in the secondary battery;
A switching control circuit for switching the operation direction of the bidirectional regulator to the charge direction or the discharge direction based on the detection result of the charge / discharge detection circuit;
With
The bidirectional regulator includes a plurality of field effect transistors that are connected in series on a current path of a charging current and a discharging current of a secondary battery and perform output adjustment,
The charge / discharge detection circuit detects the direction of current by comparing voltages across a plurality of field effect transistors of the bidirectional regulator;
Charging and discharging circuit of secondary batteries you wherein a.
電源電圧が前記2次電池の満充電電圧より低い場合にのみ電源電圧を入力して2次電池の充電を可能とした、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の2次電池の充放電回路。 Power supply voltage detection circuit that detects the power supply voltage
Only when the power supply voltage is lower than the full charge voltage of the secondary battery, the power supply voltage is input and the secondary battery can be charged.
The charge / discharge circuit of the secondary battery according to claim 1 or 2 .
電源電圧が前記2次電池の満充電電圧より高い場合に前記第1スイッチ素子をオフにして電源電圧の入力を遮断する手段と、
を備えていることを特徴とする請求項3に記載の2次電池の充放電回路。 A first switch element capable of interrupting input of a power supply voltage;
Means for turning off the first switch element and cutting off the input of the power supply voltage when the power supply voltage is higher than the full charge voltage of the secondary battery;
The charge / discharge circuit of the secondary battery according to claim 3, comprising :
2次電池の充電時、充電電圧が電源電圧の近傍になった場合に前記双方向性レギュレータが昇圧動作を開始して2次電池に充電電流を供給する、
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の2次電池の充放電回路。 The bidirectional regulator is configured to be capable of boosting operation,
When the secondary battery is charged, when the charging voltage is close to the power supply voltage, the bidirectional regulator starts a boosting operation to supply a charging current to the secondary battery.
The charge / discharge circuit of the secondary battery according to claim 3 , wherein the charge / discharge circuit is a secondary battery.
電源電圧および/又は電池電圧に基づいて前記双方向性レギュレータの降圧動作時の制御方式をスイッチング制御又はリニア制御に切り替える制御手段を備えていることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の2次電池の充放電回路。 The bidirectional regulator is configured to be capable of step-down operation by switching control for adjusting the output by switching the transistor and linear control for adjusting the output by continuously changing the on-resistance of the transistor,
Based on the supply and / or battery voltage to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a control means for switching the control method when the step-down operation of the bi-directional regulator switching control or linear control The charging / discharging circuit of the secondary battery as described.
前記異常検出回路の検出に基づいて前記双方向性レギュレータの入力および/又は出力を遮断させる制御回路と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の2次電池の充放電回路。 An abnormality detection circuit for detecting overcharge and / or overdischarge of the secondary battery;
A control circuit for cutting off the input and / or output of the bidirectional regulator based on the detection of the abnormality detection circuit;
Charging and discharging circuit of secondary battery according to any one of claims 1-8, characterized in that it comprises a.
出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
出力電圧が基準値を超えたときに前記第2スイッチ素子をオフにする制御回路と、
を備えていることを特徴とする請求項1〜9の何れかに記載の2次電池の充放電回路。 A second switch element capable of blocking output to an external device;
An output voltage detection circuit for detecting the output voltage;
A control circuit for turning off the second switch element when an output voltage exceeds a reference value;
Charging and discharging circuit of secondary battery according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises a.
前記電源電圧および入力電流を検出する電圧電流検出回路と、
前記ヒューズと直列に接続された第3スイッチ素子とを備え、
前記電源電圧又は入力電流が制限値を超えた場合に前記第3スイッチ素子をオンさせて前記ヒューズを切断することを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の2次電池の充放電回路。 A fuse provided on a current path connecting the power supply voltage and the secondary battery;
A voltage / current detection circuit for detecting the power supply voltage and the input current;
A third switch element connected in series with the fuse,
Charging and discharging of the secondary battery according to any one of claims 1-10, characterized in that cutting the power supply voltage or the fuse by turning on the third switching element when the input current exceeds the limit value circuit.
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